Cómo las herramientas impresas en 3D pueden dar forma al futuro de la creación de prototipos

Cuando discutimos el papel de la impresión 3D en el mundo de la fabricación, a menudo consideramos las formas en que la fabricación aditiva podría eventualmente reemplazar las técnicas tradicionales. De hecho, muchos desarrolladores de hardware de fabricación aditiva comercializan efectivamente su maquinaria como reemplazo directo de cosas como máquinas CNC o sistemas de moldeo por inyección.

Pero la impresión 3D también se puede utilizar para complementar las tecnologías existentes, como el mecanizado CNC, el moldeo por inyección, la fabricación de láminas de metal, la extrusión y la fundición.

Esto se debe a que los sistemas AM, ya sean tecnologías de metal industrial como DMLS o tecnologías de plástico como FDM o SLS, se pueden usar para crear herramientas impresas en 3D para estos procesos, acelerando o mejorando la producción para ofrecer mejores resultados.

Este artículo analiza cómo las herramientas impresas en 3D están dando forma al futuro de la creación de prototipos y la producción de bajo volumen. Analiza diferentes tipos de herramientas impresas en 3D, por qué las herramientas impresas en 3D son útiles y qué materiales están disponibles.

Tipos de herramientas impresas en 3D

La herramienta es un término general que se utiliza para describir varios mecanismos de fijación, soporte o conformación utilizados en la fabricación. El utillaje de una pieza puede constar de uno o varios componentes y, por lo general, está hecho de un material resistente como el acero para herramientas.

La impresión 3D se puede utilizar para fabricar varios tipos de herramientas. Sin embargo, algunos componentes son más fáciles de fabricar que otros y algunos solo se pueden fabricar con equipos AM de gama alta.

1. Moldes

Un molde es una especie de recipiente hueco que se llena con un material para fabricar piezas. La fabricación de moldes generalmente se logra mediante el mecanizado, pero la impresión 3D, junto con materiales resistentes a la temperatura, se está convirtiendo en una opción viable para ciertas piezas.

Los moldes impresos pueden requerir un gran pulido de la superficie u otros tratamientos de la superficie antes de que estén listos para su uso, pero la velocidad con la que se pueden fabricar se está convirtiendo en una gran ayuda para las empresas de creación de prototipos.

Según la empresa alemana de AM EOS, "la capacidad de producir incluso las estructuras más complejas con alta calidad y con tiempos de producción cortos significa que la impresión 3D... ofrece claras ventajas para la fabricación de moldes".

2. Plantillas

Una plantilla es un dispositivo de sujeción de piezas hecho a medida que se utiliza para mejorar la consistencia de las piezas durante la fabricación. Por lo general, se usa para guiar y controlar el movimiento de una herramienta de corte.

Las impresoras 3D son cada vez más útiles para fabricar elementos personalizados como plantillas y accesorios, ya que el proceso es económico para piezas únicas.

Los fabricantes de plantillas y accesorios de impresión 3D también pueden reducir drásticamente los plazos de entrega, especialmente si la impresión se realiza internamente.

3. Accesorios

Un accesorio es un dispositivo de sujeción de piezas hecho a la medida que se usa para asegurar una pieza de trabajo durante la fabricación, generalmente el mecanizado. A diferencia de las plantillas, las piezas de trabajo suelen ser exclusivas de las piezas que se fabrican, en lugar del equipo de fabricación.

Las plantillas y los accesorios se pueden imprimir en 3D en metal o en plásticos de ingeniería como TPU o nailon reforzado con fibra de carbono.

4. Troqueles de extrusión

Los troqueles son placas gruesas de acero con aberturas perfiladas. En el proceso de extrusión, se fuerza un material a través de la abertura del troquel, creando una pieza larga con una sección transversal que coincide con la abertura del troquel.

Al igual que los moldes, los troqueles suelen fabricarse con materiales resistentes a la temperatura, como el acero, que se vuelven más fáciles de imprimir con procesos como DMLS y SLM.

Ventajas de las herramientas impresas en 3D

Canales de enfriamiento conformados

En procesos como el moldeo por inyección, los canales de enfriamiento se utilizan para inyectar refrigerante alrededor de un material fundido para que se enfríe y se endurezca uniformemente. Esto ayuda a prevenir deformaciones y deformaciones en la pieza moldeada.

En los moldes ordinarios, los canales suelen ser líneas rectas debido a la dificultad de mecanizar formas más complejas. Pero la impresión 3D permite la creación de canales de enfriamiento conformados:canales que siguen los contornos de la pieza para que cada área de la pieza reciba el mismo impacto del refrigerante.

Según Desktop Metal, especialista en AM de metal, "las piezas con diseños complejos y estructuras internas, como los canales de enfriamiento conformados para moldes personalizados, son ideales para la fabricación aditiva donde el tiempo de fabricación y el costo por pieza no dependen necesariamente de la complejidad del diseño".

Fabricación rápida

La impresión 3D es un proceso rápido, que requiere un tiempo mínimo de configuración o preparación. Esto permite la producción rápida de herramientas y el reacondicionamiento inmediato si una herramienta se rompe o requiere alteración.

Aunque las herramientas impresas en 3D todavía están en sus inicios y no son las favoritas de la mayoría de los fabricantes (o clientes), ya se están volviendo importantes para la creación rápida de prototipos, donde las consideraciones de tiempo de entrega se priorizan sobre otros factores.

Las herramientas impresas en 3D tendrán un gran impacto en el futuro de la creación de prototipos simplemente porque aceleran los procesos tradicionales de creación de prototipos.

Asequible y eficiente

Las herramientas pueden ser muy costosas, especialmente si se necesitan varios componentes o si el diseño es especialmente complicado. La impresión 3D puede reducir el costo de las herramientas, ya que un diseño complejo e intrincado se puede fabricar casi tan rápido como uno simple.

AM también es eficiente en términos de uso de material, ya que no implica cortar el material de desecho de una pieza de trabajo.

Al final, cualquier solución alternativa que reduzca drásticamente los costos de una etapa de creación de prototipos jugará un papel cada vez más importante en el proceso de creación de prototipos.

El fabricante de impresoras 3D Markforged dice que está "viendo fabricantes capaces de imprimir en 3D entre el 10 y el 50 % de sus herramientas duraderas utilizadas en su proceso", lo que representa "un valor significativo si se tiene en cuenta que el ahorro de costos promedio de una pieza impresa en 3D frente a una la pieza mecanizada es del 80 %”.

Se puede utilizar para diferentes procesos

Las herramientas impresas en 3D se pueden usar para varios procesos de fabricación únicos, que incluyen:

• Fundición a presión
• Moldeo por inyección
• Extrusión
• Mecanizado CNC
• Fabricación de láminas de metal

Los mejores materiales para herramientas AM

Acero para herramientas

El acero para herramientas es un acero duro adecuado para aplicaciones de fabricación exigentes. Debido a su dureza, lleva mucho tiempo mecanizar con precisión.

Sin embargo, algunas tecnologías de impresión 3D de metal pueden imprimir el material, lo que crea oportunidades para elementos de impresión 3D como moldes de inyección. La empresa industrial AM EOS produce una gama de polvos de acero para herramientas imprimibles en 3D, incluido el acero martensítico y el acero para herramientas 1.2709.

Inconel

Se pueden utilizar procesos como DMLS y SLM para imprimir herramientas a partir de aleaciones de níquel Inconel. Inconel es resistente a altas temperaturas, lo que lo hace adecuado para una variedad de aplicaciones de herramientas, incluido el moldeado y la extrusión.

Compuestos

Los compuestos como el nailon reforzado con fibra de carbono o PEEK pueden servir como reemplazo de los metales de alta resistencia cuando se fabrican herramientas impresas en 3D, como plantillas y accesorios.

Termoplásticos de ingeniería

La empresa de impresión 3D Stratasys recomienda fabricar determinadas plantillas y accesorios con materiales FDM de alto rendimiento como TPU, nailon reforzado o ASA.

3ERP es un especialista en creación rápida de prototipos con años de experiencia en mecanizado, fabricación aditiva y otras disciplinas. Contáctenos para una cotización gratis.